Federkonstante einer Feder negativ?

Wissenschaft Physik
#1

Federkonstante einer Feder negativ?

Kann die Direktionskonstante (Federkonstante) einer Torsionsfeder (wie die Federn in Aufziehuhren - bringt eine Achse zu einer kreisförmigen Schwingung) negativ sein?
Ich habe die Formel zur Berechnung folgendermaßen hergeleitet.
M=-D*Phi (M…Drehmoment, D…Direktionskonstante, Phi…Auslenkwinkel)
dann noch: M=r*F (r…Radius, Entfernung von Achsenmittelpunkt zur Kraftwirkstelle - z. B. durch einen radial eingespannten Stab - also Senkrecht zur Achse eingespannt.
F…Kraft, die an verschiedenen Stellen dieses Stabes mit Federkraftmesser gemessen werden kann)

Beides zusammen ergibt: r*F=-D*Phi --> D=-(r*F/Phi)
Mir kommt es hier auf das Vorzeichen an. Ist diese Federkonstante nun negativ oder muss sie positiv sein, da die Kraft evtl. in eine andere Richtung wirkt?
Ich habe die Federkonstante noch über die Schwingungsdauer ermittelt und dort ergibt die Federkonstante jew. einen pos. Wert. Was mache ich also bei der Winkel-Kraft-Berechnung falsch?

Ajo

#2

Hallo Andre!

Habe gerade einen Freund neben mir, der Dir als Dipl. Ing. Maschinenbau vielleicht die richtige Richtung geben kann.

Also: Eine KONSTANTE ist nach Definition ein unveränderlicher Wert, gleich ob positiv oder negativ. Der in der Schwingungsgleichung inhärente Bewegungsrichtungswechsel muss also durch das Vorzeichen der jeweiligen Wegrichtung ausgedrückt werden (z.B. + = rechtsherum, - = linksherum), steckt also in Deinem Fall im phi. Beachte bitte auch, dass die Lösung quadratischer Gleichungen sowohl positive, als auch negative Lösungen ergibt.

P.S. Die Feder dürfte übrigens eine Biegefeder sein! - auch wenn sie zur Erzeugung eines Dreh-(oder auch Torsions-)momentes genutzt wird.
P.P.S. Das spielt aber auch keine Rolle.
Dann rechne mal schön. Thomas.

Ich hoffe das hat etwas geholfen. Tschüs, Sven.

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#3

Die Federkonstante ist skalar, Kraft
Hi,
und Drehmoment sind dagegen Vektoren (haben eine Richtung).

Federkonstante einer Feder negativ?

Wenn du willst, kannst du eine negative Federkonstante definieren. Per Konvention ist die Federkonstante aber normalerweise positiv definiert.

…Mir kommt es hier auf das Vorzeichen an. Ist diese
Federkonstante nun negativ oder muss sie positiv sein, da die
Kraft evtl. in eine andere Richtung wirkt?

Genau so ist es.

Ich habe die Federkonstante noch über die Schwingungsdauer
ermittelt und dort ergibt die Federkonstante jew. einen pos.
Wert.

Das muss so sein, da die Formeln, die du wahrscheinlich verwendet hast, jeweils nur für positive Federkonstanten gelten. (Z.B. omega=Sqrt(k/m)) Wie aber bereits gesagt, ist das reine Konvention. Mit negativer Federkonstante würde es omega=Sqrt(-k/m) heissen …

Was mache ich also bei der Winkel-Kraft-Berechnung
falsch?

Du machst es nicht direkt falsch, sondern nur ungeschickt. Anstatt das Vorzeichen bei D umzudrehen, solltest du dir die Orientierung deiner vektoriellen Grössen M und F anschauen.
Ciao Rossi